场效应半导体三极管

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1、模拟电子技术基础安徽理工大学电气工程系主讲：黄友锐第四讲2.2场效应半导体三极管2.2.1绝缘栅场效应三极管的工作原理2.2.2伏安特性曲线2.2.3结型场效应三极管2.2.4场效应三极管的参数和型号2.2.5双极型和场效应型三极管的比较场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。从场效应三极管的结构来划分，它有两大类。1.结型场效应三极管JFET(JunctiontypeFieldEffectTr

2、ansister)2.绝缘栅型场效应三极管IGFET(InsulatedGateFieldEffectTransister)IGFET也称金属氧化物半导体三极管MOSFET（MetalOxideSemiconductorFET）N沟道增强型MOS管的结构示意图和符号见图02.13。其中：D(Drain)为漏极，相当于集电极C；G(Gate)为栅极，相当于基极B;S(Source)为源极，相当于发射极E。2.2.1绝缘栅场效应三极管的工作原理绝缘栅型场效应管MOSFET(MetalOxideSemiconductorFET)。分为:增强型

3、N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道图02.13N沟道增强型MOSFET结构示意图（动画2-3）一个是漏极D，一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底，用符号B表示。(1)N沟道增强型MOSFET①结构根据图02.13，N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极，当栅极加有电压时，若0＜VGS＜VGS(th)时，通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，

4、出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以不可能以形成漏极电流ID。②工作原理1．栅源电压VGS的控制作用当VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。VGS对漏极电流的控制关系可用：ID=f(VGS)VDS=const这一曲线描述，称为转移特性曲线，见图02.14。进一步增加VGS，当VGS＞VGS(th)时（称为开启电压)，此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极

5、沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层。随着VGS的继续增加，ID将不断增加。在VGS=0V时ID=0，只有当VGS＞VGS(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。(动画2-4）图02.14VGS对漏极电流的控制特性——转移特性曲线转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。gm的量纲为mA/V，所以gm也称为跨导。跨导的定义式如下gm=ID/VGSVDS=const(单位mS)ID=f(VGS)

6、VDS=const2．漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用VDS=VDG＋VGS=－VGD＋VGSVGD=VGS－VDS当VDS为0或较小时，相当VGS＞VGS(th)，沟道分布如图，此时VDS基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。图02.15(a)漏源电压VDS对沟道的影响(动画2-5)当VGS＞VGS(th)，且固定为某一值时，来分析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响。VDS的变化对沟道的影响如图02.15所示。根据此图可以有如下关系：当VDS为0或较小时，相当VGS＞VGS(th)，沟道分布如图02.15(a)，此时VDS基本均匀

7、降落在沟道中，沟道呈斜线分布。当VDS增加到使VGS=VGS(th)时，沟道如图02.15(b)所示。这相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。当VDS增加到VGSVGS(th)时，沟道如图02.15(c)所示。此时预夹断区域加长，伸向S极。VDS增加部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，ID基本趋于不变。当VGS＞VGS(th)，且固定为某一值时，VDS对ID的影响，即ID=f(VDS)VGS=const这一关系曲线如图02.16所示。这一曲线称为漏极输出特性曲线。图02.16漏极输出特性曲线ID=f(VDS)

8、VGS=const(2)N沟道耗尽型MOSFET当VGS＞0时，将使ID进一步增加。VGS＜0时，随着VGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0。对应ID=0的VGS称为夹断电压，用符号VGS